Однофазная, однополупериодная схема
Однофазную, однополупериодную схему (рис. 1.2, а) обычно применяют при выпрямленных токах до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризуется низким коэффициентом использования трансформатора по мощности и большими пульсациями выпрямленного напряжения.
Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу однополупериодного выпрямителя на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентиле, представлены на рис. 1.2,б. Индуктивностью рассеяния трансформатора пренебрегаем, как это обычно допускается в выпрямителях малой мощности [2].
а) б)
Рис. 1.2. Однофазная, однополупериодная схема выпрямления (а) и
диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).
Под действием ЭДС вторичной обмотки 
ток в цепи нагрузки 
может проходить только в течение тех полупериодов, когда анод диода имеет положительный потенциал относительно катода. Диод пропускает ток 
в первый полупериод, во второй полупериод, когда потенциал анода становится отрицательным, ток в цепи равен нулю. Выпрямленное напряжение 
в любой момент времени меньше ЭДС вторичной обмотки , так как часть напряжения теряется на активных сопротивлениях трансформатора и открытого вентиля (учитывается сопротивлением r). Максимальное обратное напряжение на вентиле 
, как видно из рис. 1.2,б, достигает амплитудного значения ЭДС вторичной обмотки 
.
|
|
|
Диаграмма первичного тока трансформатора подобна диаграмме вторичного тока, если пренебречь током намагничивания и исключить из него постоянную составляющую 
, которая в первичную обмотку не трансформируется. В сердечнике трансформатора за счет постоянной составляющей тока вторичной обмотки создается добавочный постоянный магнитный поток, насыщающий сердечник. Это явление называют – вынужденное подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей тока, которое является главным недостатком этой схемы. В результате насыщения намагничивающий ток трансформатора возрастает в несколько раз по сравнению с током в нормальном режиме намагничивания сердечника. Возрастание намагничивающего тока обусловливает увеличение сечения провода первичной обмотки, следствием чего являются завышенные размеры трансформатора и габариты выпрямителя в целом [2].
Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича)
Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора (рис. 1.3, а) применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравнению с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.
|
|
|
Необходимым элементом данного выпрямителя является трансформатор с двумя вторичными обмотками. Выпрямитель со средней точкой является по существу двухфазным, так как вторичная обмотка трансформатора со средней точкой создает две ЭДС, равные по величине, но противоположные по направлению. Таким образом, схема соединения обмоток такова, что одинаковые по величине напряжения на выводах вторичных обмоток относительно средней точки сдвинуты по фазе на 180º.
Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу двухполупериодного выпрямителя со средним выводом на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис.1.3,б.
а) б)
Рис. 1.3. Двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).
|
|
|
Вторичные обмотки трансформатора подключены к анодам вентилей VD1 и VD2. Напряжения на вторичных обмотках трансформатора w21 и w22 находятся в противофазе. Поэтому диоды схемы VD1 и VD2 проводят ток поочередно, каждый в соответствующий полупериод питающего напряжения. В течение первого полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD1 и ток 
проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w21 трансформатора. В течение второго полупериода положительный потенциал имеет анод диода VD2, ток 
проходит через него, нагрузку и вторичную полуобмотку w22 трансформатора, причем в цепи нагрузки ток 
проходит в том же направлении, что и в первый полупериод.
Таким образом, в отличие от простейшего однополупериодного выпрямителя в выпрямителе со средней точкой выпрямленный ток проходит через нагрузку в течение обоих полупериодов переменного тока, но каждая из половин вторичной обмотки трансформатора оказывается нагруженной током только в течение полупериода. В результате встречного направления м.д.с. постоянных составляющих токов вторичных обмоток 
и 
в сердечнике трансформатора нет вынужденного подмагничивания [2].
|
|
|
Рассмотрим расчет коэффициента использования трансформатора по мощности для выпрямителя без потерь при активной нагрузке на примере двухполупериодной схемы со средней точкой [3].
Выходное напряжение 
снимается в данной схеме между средней (нулевой) точкой трансформатора и общей точкой соединения катодов обоих вентилей. Среднее напряжение на нагрузке
,
т.е. между средним значением выпрямленного напряжения и действующим значением существует то же соотношение, что связывает среднее и действующее значение синусоидального тока.
Среднее значение тока через нагрузку
Поскольку ток протекает через диоды поочередно, средний ток через каждый диод составит
, 
Обратное напряжение прикладывается к закрытому диоду, когда проводит ток другой диод. Поскольку к закрытому диоду в этой схеме максимально прикладывается двойное амплитудное напряжение вторичной стороны, то
Величина 
при расчете выпрямителя является заданной, поэтому находим действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора
Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
Габаритная мощность вторичных обмоток трансформатора
Габаритная мощность первичной обмотки трансформатора
; 
; 
;
Коэффициент использования трансформатора по мощности в двухполупериодной схеме со средней точкой
Таким образом, габаритная мощность трансформатора в двухполупериодной схеме со средней точкой в 1,48 раза превышает мощность в нагрузке.
Мостовая схема (схема Греца)
Однофазная мостовая схема (рис. 1.4, а) характеризуется высоким коэффициентом использования трансформатора по мощности и поэтому может быть рекомендована для использования в устройствах повышенной мощности при выходных напряжениях от десятков до сотен вольт; пульсации такие же, как в предыдущей схеме. Достоинства – меньшее обратное напряжение на диодах в 2 раза, меньшие габариты, выше коэффициент использования трансформатора, чем в схеме со средней точкой. Недостаток – на диодах падение напряжения в 2 раза больше.
Диаграммы напряжений и токов, поясняющие работу однофазного мостового выпрямителя на активную нагрузку с учетом потерь в трансформаторе и вентилях, представлены на рис. 1.4, б. Выходное напряжение при чисто активной нагрузке, как и в схеме с выводом средней точки трансформатора, имеет вид однополярных полуволн напряжения 
(рис.1.3, б). Это получается в результате поочередного отпирания диодов VD1, VD4 и VD2, VD3. Диоды VD1 и VD4 открыты при полуволне напряжения положительной полярности (показана на рис. 1.4, а без скобок), обеспечивая связь вторичной обмотки трансформатора с нагрузкой и создавая на ней напряжение той же полярности, что и напряжение . На полуволне напряжения отрицательной полярности (показана на рис. 1.4, а со скобками) открыты диоды VD2 и VD3, подключающие напряжение к нагрузке с той же полярностью, что и на предыдущем интервале.
а) б)
Рис. 1.4. Однофазная мостовая схема выпрямления (схема Греца) (а) и диаграммы напряжений и токов в ней при работе на активную нагрузку (б).
Ввиду идентичности кривых 
для выпрямителей без потерь (мостового и со средней точкой) действительны те же соотношения между выпрямленным напряжением 
и действующим значением напряжения 
[3]:
, 
,
поэтому и пульсации такие же, как в предыдущей схеме.
Ток 
распределяется поровну между парами диодов и ток каждого диода определяется также, как и в предыдущей схеме.
Обратное напряжение прикладывается одновременно к двум непроводящим диодам на интервале проводимости двух других диодов и его максимальное значение определяется амплитудным значением напряжения 
,
т.е. оно вдвое меньше, чем в схеме со средней точкой.
Ток в нагрузке протекает в течение обоих полупериодов переменного напряжения, как и ток во вторичной обмотке трансформатора имеющий форму синусоиды. Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора
,
это обусловлено тем, что в отличие от схемы со средней точкой ток 
здесь синусоидальный, а не пульсирующий.
С учетом того, что трансформатор имеет лишь одну вторичную обмотку, для мостовой схемы габаритная мощность первичной и вторичной обмоток будет одинакова и общая габаритная мощность равна габаритной мощности первичной обмотки трансформатора в рассмотренной ранее схеме со средней точкой, т.е. 1,23Pd.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 270; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!